探究冲击传感器的动态特性测试

传感器的频率特性包括幅频特性和相频特性。频率特性校准的目的是确定加速度传感器的可用频带，检查加速度传感器有无异常响应，确定加速度传感器的安装谐振点。

1.幅频特性校准

幅频特性校准有两种方法：逐点比较法和连续扫描法。

(1)逐点比较法：将被校加速度传感器与频率响应已知的标准传感器安装在同一实验台面上，在整个频率范围内至少选取10 个以上的频率点，逐点进行灵敏度校准，随频率变化的灵敏度值即为该传感器的频响，这些频率点应包括传感器响应平坦段、频率响应上翘段、安装谐振点和频响曲线下降段等。用这些原始数据进行曲线拟合，可以描出传感器的频响曲线。

(2)连续扫描法：将标准实验台和实验台上安装的标准加速度传感器组成闭环扫描系统，被校加速度传感器在振动频率连续扫描过程中承受一个恒定的加速度值，记录下被校加速度传感器的输出信号随频率变化的曲线。这种方法操作简便、高效，可以描绘出从低频到超过谐振频率这一连续频域内的频响。

校准频响时，频响偏差的计算是以参考灵敏度为基准的，计算各频率点上的灵敏度相对于该灵敏度的偏差，一般以分贝数表示。

被校传感器输出信号经过测量放大器进入电平记录仪，内装参考加速度传感器的输出信号，经前置放大器进入控制放大器，再输给拍频振器的压缩输入以保证电磁振动台产生恒定的加速度值。振荡器可自动扫频，扫描速度与记录仪的速度相同，被校传感器的频响曲线则由电平记录仪绘出。(www.xing528.com)

随着数字仪器的发展，传感器频率响应的校准也可以采用数字信号分析法。该方法是将传感器安装在质量约为传感器自重10 倍的高弹性模量的底座上，给底座底部施加一冲击力，将此力信号及被校传感器的响应信号同时输给数字信号分析仪，由数字分析仪求出其传递函数，此函数即为传感器的频率响应曲线。

图12-20 冲击激励波形图

(3)谐振频率校准：对于谐振频率不超过50 kHz 的加速度传感器，其谐振频率可直接由扫描试验曲线的结果测出。如果谐振频率超过50 kHz，可以采用冲击激励法校准，具体作法是将传感器安装在一个底座上，底座为方形钢块，其谐振频率要远远超过传感器的谐振频率，然后给底座一个冲击，用数字存储示波器或记忆示忆器记录传感器的输出波形，如图12-20 所示。由图12-20 可以看出，在基本的冲击波形上叠加了一个高频成分的自由衰减振荡信号，测出该信号的振荡周期Tn ，则其无阻尼谐振频率f0 由下式给出，如果用FFT分析仪进行处理，即可获得更精确的结果。

2.相频特性校准

相频特性校准采用相位特性比较校准法，校准原理如图12-16 所示。将标准传感器和被校传感器背靠背地安装在振动台的台面上，选择均匀覆盖传感器工作频率范围的最少6 个频率点，用相位计测量出两支传感器相对每个频率点的相位角差，测量结果以相角与频率关系曲线或表格形式给出。测量过程中传感器的输出波形可用示波器进行监视。